718塑料模具钢的组织和预硬化处理

718塑料模具钢的组织和预硬化处理

刘宗昌   高占勇                      马党参   孙久红

（包头钢铁学院，包头014010）         （抚顺特殊钢有限公司）

  摘  要   718塑料模具钢（0.35C-1.74Cr-1.22Ni)淬火马氏体经过回火托氏体组织均匀细小；而淬火贝氏体的回火组织较粗大。据此提出了850℃奥氏体的预硬化处理工艺以保证获得马氏体组织。

  关键词   718模具钢   预硬化   塑料

Structure and Pre-hardening Process of 718 Die Steel for Plastic

Liu Zongchang and Gao Zhanyong

(Baotou University of Iron and Steel Technology, Baotou 014010)

Ma Dangshen and Sun Jiuhong

(Fushun Special Steel Co Ltd)

  Abstract   As the structure of trostite tempered from quenched martensite of 718 die steel(0.35C-1.74Cr-1.22Ni) for plastic is homogeneous and fine, and the structure of tempered bainite is rather coarse. Therefore the 850℃ austenitizing prehardening process is advanced to ensure getting martensite structure.

  Material Index  718 Die Steel, Pre-hardening, Plastic

  新型高质量塑料模具钢发展迅速，如P20、718等，分别为美国及瑞典标准钢号。以往我国大量进口P20、718预硬化模块，近年来，一些特殊钢厂也开始生产。为了提高塑料模具钢的预硬化质量，本文研究了718钢淬火-回火组织及预硬化工艺。

1   塑料模具钢的性能要求

  （1）机械性能要求：σ_s≥355 MPa，σ_b≥600 MPa，δ≥20%，ψ≥40%。预硬化处理要求硬度HRC 28-32，且分布均匀。硬度偏低时，耐磨性差，使用寿命低。高于HRC32时，机械加工较为困难。

  （2）工艺性能要求：优良的淬透性，以便整个淬火截面为马氏体组织。

  （3）抛光性能好，塑料模具在加工中需要进行抛光，达到一定表面粗糙度，如718钢模具经抛光后，要求表面粗糙度R_a≤0.016μm(?12）。

  （4）应具有一定的耐热疲劳性。热疲劳性不好，将导致热疲劳裂纹，降低使用寿命。

  根据上述性能要求，718塑料模具钢应当通过预硬化处理，实际上为调质（淬火-高温回火），得到均匀细小的回火托氏体或索氏体组织。预硬化处理一般在冶金厂进行，即将钢锭经锻轧成大型模块或扁钢，经过预硬化处理后出厂，用户加工成塑料模具后直接用于生产塑料制品，不再进行热处理。718适用于锻轧成大型模块然后加工制造大中型塑料模具。

2   718钢淬火-回火工艺

  实验用的718钢由抚钢生产，其化学成分为（%）：0.35C, 1.74Cr, 1.22Ni, 0.48Mo, 0.54Si, 0.90Mn。相当于我国的3Cr2NiMo。

  718钢的临界点A_CI：725℃，A_C3:810℃，M_s:280℃。奥氏体化温度通常采用850-860℃。本实验采用的试样尺寸为20mm*20mm*30mm。各工艺实验所测得的硬度及组织如下：

  （1）850℃奥氏体化，保温20min，水淬，马氏体组织，硬度HRC=56.9。淬火后回火1h和4h，测定硬度，如表1。

表1   718模具钢水淬马氏体的回火温度对钢硬度的影响

Table1   Effect of tempered temperature of martensite of 718die steel water-quenched on hardness of steel

  （2）850℃奥氏体化，保温20min，空冷，硬度HRC=53.7。空冷淬火的组织为马氏体+少量贝氏体组织，比水淬低3HRC。空冷淬火后回火1h和4h，测定硬度，如表2。

表2   718模具钢空冷淬火马氏体+贝氏体的回火温度对钢硬度的影响

Table2   Effect of tempered temperature of martensite+bainite of 718 die steel air-quenched on hardness of steel

  （3）850℃奥氏体化，保温20min，120℃/h炉冷。炉冷后组织为贝氏体，硬度HRC=44.2。炉冷后回火1h和4h，硬度见表3。

表3   718模具钢炉冷贝氏体的回火温度对钢的硬度的影响

Table3   Effect of tempered temperature of bainite furnacecooled on hardness of 718 die steel

  试验表明，采用水淬、油淬、空冷分别得到马氏体、马氏体+贝氏体、贝氏体等不同的组织，硬度也不等。回火后的硬度随着温度的提高而不断降低。根据预硬化处理要求的硬度为HRC28-32。淬火后的硬度、组织不同，则采用的回火温度也不同：水淬得马氏体组织，硬度高达56HRC，需要在640-680℃回火，这是最理想的。但是若淬火得到贝氏体组织，其硬度偏低，为了保证要求的硬度HRC28-32，需要降低回火温度。如淬火得到马氏体+贝氏体，或贝氏体组织，那么硬度大约在40-50HRC之间波动，这将不断地调整回火工艺参数，势必给生产操作带来困难，工艺不稳定会造成硬度不均匀，预硬化质量不稳定。

3   718钢的预硬化组织

  718钢锻轧后的模块尺寸较大，一般有效厚度为100-500mm。小尺寸的锻件油淬能淬透，得到马氏体组织，但大、中尺寸的锻件油淬难以淬透，可能得到马氏体+贝氏体组织，也可能完全为贝氏体组织。又进行了贝氏体的回火转变组织的研究，以便比较优化。

  （1）于850℃奥氏体化，本淬得到马氏体组织，然后于640℃回火得到回火托氏体组织，由α-Fe和渗碳体组成，可见，铁素体仍然具有条片状形态，α-Fe中已有亚晶形成，但是尚未完成再结晶。碳化物呈细小短棒状，并按一定位向分布。衍射测定碳化物有Fe₃C和M₂₃C₆。

  （2）于850℃奥氏体化，以炉冷方式得到上贝氏体为主的组织，然后640℃回火也得到回火托氏体组织。可见组织较为粗大，碳化物颗粒也明显粗大。贝氏体组织的回火转变过程研究资料不多，有的认为回火转变过程与回火马氏体相拟，碳化物的成分与奥氏体的化学成分和其分解温度有关。本试验所进行的贝氏体高温回火组织是由铁素体+渗碳体组成的。由于铁素体尚未完成再结晶，仍然保留着原贝氏体铁素体形态的痕迹，所以仍称为回火托氏体。

4   718钢的预硬化工艺

  根据上述研究结果及工业生产实践表明，718钢的预硬化工艺参数为：850℃奥氏体化，然后淬火。厚度100mm以下的模具扁钢可以采用油淬或应用压缩空气淬火装置进行淬火，可以淬透；厚度100-500mm的大、中型锻件油淬或水淬―油冷双液淬火，或水―空―油三介质淬火，淬火后于640-660℃回火。时间参数依锻轧件尺寸，可以用计算机程序辅助设计。

5   结论

  （1）在冶金厂生产的718钢大型模块和模具扁钢应当进行预硬化处理，得到马氏体组织，硬度达到50-55HRC为好，以保证回火托氏体组织具有要求的强度HRC28-32。

  （2）为了保证718钢预硬化工艺参数的稳定性和优良的组织性能，淬火不宜得到贝氏体+马氏体组织或贝氏体组织。

  （3）典型的预硬化工艺为860℃奥氏体化，油淬或水淬油冷，640-660℃回火。